钢在热处理冷却时的组织转变
钢热处理时的组织转变
5) 马氏体的硬度取决于马氏体中碳的过饱和度
硬度 ( HRC )
抗拉强度 ( Mpa )
70
2000
60
1800
50 1400
40 1000
30
600 20
10
200
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
马氏体的碳浓度 Wc 100%
温度 (℃)
二、钢的正火 1、定义:将钢件加温到A3或Acm以上30～50℃,保温一段时间后在空气中冷却。 2、目的:消除应力，调整硬度，为最终热处理做准备。
3、工艺参数:
第三节 钢的淬火与回火
一、钢的淬火 1、定义: 将钢件奥氏体化后以＞Vk的冷速快冷，以获得M组织的热处理工艺。 2、目的: 获得高硬度的 M 或 B下 组织。 3、工艺参数:
水冷
Vk
油冷
Vk1 时间(lgτ)
2) 在连续冷却过程中TTT曲线的应用
温度
800 700 600 500
稳定的奥氏体区
400
300 Ms
200
100
0 Mf V4 Vk
V3
-100
0
1
10
102
103
A1
V1 炉冷 V1=5.5℃/s P
V2
空冷 V2=20℃/s S
油冷 V3=33℃/s T+M+Ar 水冷 V4≥138℃/s M+Ar
温
保温
度
加热
临界温度
连续冷却
等温冷却
时间
4.1 钢热处理时的组织转变
T/℃
2、过冷奥氏体等温冷却转变
800
08讲 钢在加热、冷却时组织的转变
《机械制造技术基础》教案教学内容: 钢在加热和冷却时的组织转变教学方式：结合实际, 由浅如深讲解1．教学目的:2．掌握钢在加热时组织转变——钢的奥氏体化；3．明确过冷奥氏体的等温转变；4．掌握冷奥氏体连续冷却转变。
重点、难点: 钢的奥氏体化过冷奥氏体的等温转变冷奥氏体连续冷却转变教学过程:1.3 钢的热处理热处理: 采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。
热处理的分类:1. 整体热处理: 对工件整体进行穿透加热的热处理, 如退火、正火、淬火、回火等。
2．表面热处理：仅对表面进行热处理的工艺, 如火焰淬火、感应淬火等。
3．化学热处理：将工件置于适当的活性介质中加热、保温, 使一种或几种元素渗入它的表层, 以改变其化学成分、组织和性能的热处理, 如渗碳等。
钢的热处理过程包括加热、保温和冷却三个阶段。
其主要工艺参数是加热温度、保温时间和冷却速度。
1.3.1 钢在加热和冷却时的组织转变1.3.1.1钢在加热时组织转变Fe-Fe3C相图相变点A1.A3.Acm是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。
但在实际生产中, 加热和冷却并不是极其缓慢的, 因此, 钢的实际相变点都会偏离平衡相变点。
即: 加热转变相变点在平衡相变点以上, 而冷却转变相变点在平衡相变点以下。
通常把实际加热温度标为Ac1.Ac3.Accm、Ar1.Ar3.Arcm。
如图6-1所示。
图6-1 钢在加热、冷却时的相变温度钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变, 加热到Ac3和Accm以上时, 便全部转变为奥氏体, 这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。
1）1. 奥氏体的形成2）珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。
由于珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物, 铁素体与渗碳体的晶包类型不同, 含碳量差别很大, 转变为奥氏体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。
下面以共析钢为例说明奥氏体化大致可分为四个过程, 如图4－2所示。
钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程
钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程
钢在冷却时的组织转变是一个非常重要的过程，它决定了钢的力学性
能和使用寿命。
这个过程可以被分为三个阶段：
第一阶段：初次冷却
在初次冷却阶段，钢的组织会发生初步的变化。
当温度降到钢的临界
温度以下时，钢中的所有组织都会开始转变。
这个过程是不可逆的，
一旦开始就不能停止。
第二阶段：持续冷却
在持续冷却阶段，钢的组织会进一步变化。
随着温度的降低，钢中的
残留奥氏体会逐渐转变为贝氏体。
这个过程会在几个小时内完成，然
后钢的组织就会保持不变，直到它被重新加热。
第三阶段：再次加热
在再次加热阶段，钢的组织会重新发生变化。
当温度达到一定程度时，钢中的组织开始再次转变，从贝氏体转变为奥氏体。
这个过程同样是
不可逆的。
以上就是钢在冷却时的组织转变的连续冷却转变过程。
需要注意的是，在这个过程中，钢的组织变化是不可逆的，因此加热和冷却的过程必
须严格控制。
如果温度过高或过低，会导致钢的力学性能和使用寿命
都受到影响。
《金属材料与热处理》钢在加热及冷却时的组织转变课程教案
课题
钢在加热及冷却时的组织转变
教学目标
知识目标
1、了解钢加热时相转变；
2、掌握等温冷却及其产物；
3、学会C曲线分析。
课型
理论型
课时
2
教学重点
1、了解钢加热时相转变；
2、掌握等温冷却及其产物。
教学难点
学会C曲线分析。
教学方法
讲授法、展示法
教学过程
备注
第一课时
组织教学
复习并引入
分析总结
本次课介绍了钢在加热时的转变（奥氏体化）和冷却时的转变（多种产物），而冷却时所得产物的性能以及连续冷却（低温转变）的内容在下次课时进行介绍。
课件演示
重难点
重难点
作业处理
1、热处理目的？
2、热处理概念？
3、热处理使钢性能发生变化的原因？
板书设计
钢在加热及冷却时的组织转变
一、钢在加热时的组织转变
冷却方法
Rel/MPa
Rm/MPa
A/％
Z/％
HRC
随炉冷却
530
280
32.5
49.3
15～18
空气中冷却
670～720
340
15～18
45～50
18～24油中冷却900Fra bibliotek620
18～20
48
40～50
水中冷却
1100
720
7～8
12～14
52～60
2、冷却方式的分类
等温冷却
冷却方式
连续冷却
1等温（处理）冷却
1、热处理目的？
2、热处理概念？
3、热处理使钢性能发生变化的原因？
45钢缓慢冷却时组织变化过程
45钢缓慢冷却时组织变化过程
45钢是一种常用的钢材，由于其冷却时组织变化显著，决定了其加工性能和使用性能。
因此，研究45钢缓慢冷却对其组织变化影响十分重要。
45钢缓慢冷却时，它的组织变化大致经历以下几个阶段：首先，45钢经过热处理后，其
组织仍处于奥氏体组织。
当温度降至685℃左右时，进入第二个阶段，此时凝固晶粒开始
使标准回火温度介于685℃以上730℃之间的晶粒大小，50.8HRC。
随着温度的继续下降，
进入第三个阶段，温度降至600-570℃，相变开始改变晶粒组织，变成细小的廉价细晶粒。
此外，当温度降至570℃以下时，晶粒会再次发生变化，变成粗大晶粒。
最后，45钢组织
变得光滑，晶粒成为细小的贴片，称为细焊缝层。
45钢在经历不同温度的缓慢冷却后，其组织发生的显著变化有助于其更高的耐久性和抗压性。
从实际应用的角度来说，仔细控制45钢的冷却速度及温度，是提高45钢的加工性和
使用性能的有效方法。
钢在加热和冷却时的组织转变
A-P转变 终了线
图2.4 共析碳钢连续冷却转变曲线
马氏体临界 冷却速度
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
2. 过冷奥氏体的连续冷却转变
过共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢相比,除了多出一 条先共析渗碳体的析出线以外,其他基本相似
亚共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢却大不相同,它除 了多出一条先共析铁素体析出线以外,还出现了贝氏体转变区
机械制造基础
机械制造基础
钢的热处理
❖ 钢在加热和冷却时的组织转变
1.1 钢在加热时的组织转变 1.2 钢在冷却时的组织转变
钢的热处理
图2.1 钢加热和冷却时各临界点的实际位置
钢的热处理
1.1 钢在加热时的组织转变
钢加热到Accm点以上时会发生珠光体向奥氏体转变 热处理的主要目标就是为了得到奥氏体 严格控制奥氏体的晶粒度是热处理生产中一个重要的问题
钢的热处理
1.1 钢在加热时的组织转变
控制奥氏体晶粒大小的方法：
加热温度 保温时间 加热速度
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
冷却过程是热处理的关键工序，其冷却转变温度决定了冷却后 的组织和性能
实际生产中采用的冷却方法有：
连续冷却（如炉冷、空冷、水冷等）图b 等温冷却（如等温淬火）图a
图2.2 两种冷却方式示意图
钢的热处理 1.2 钢在冷却时的组织转变
1. 过冷奥氏体的等温冷却转变
图2.3 共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线C曲线
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
1. 过冷奥氏体的等温冷却转变珠体转变 贝氏体转变 马氏体转变
钢的热处理
1.2 钢在冷却时的组织转变
钢的热处理及组织转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
一、钢的热处理
钢的退火：
⑴ 退火的定义 将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却下 来，获得接近平衡状态的组织的热处理工艺，称为退火。 ⑵ 退火的目的
① 降低硬度，提高塑性和韧性；
② 消除残余内应力，减轻变形和防止开裂； ③ 均匀成分，细化晶粒，为最终热处理作准备； ④ 改善或消除铸造、轧制、焊接等加工中的组织缺陷。
降低钢的硬度和耐磨性。
温度过低，在淬火组织中出现铁素体，使淬火组织出现软 点，降低钢的强度和硬度。
一、钢的热处理
钢的淬火：
理想的淬火冷却曲线 应该是：在650～550 0 C范围要快冷，其它 温度区间不需快冷， 尤其在Ms点以下更不 需快冷，以免引起工 作变形或开裂。
一、钢的热处理
钢的淬火：
保持适当时间，缓慢冷却，重新形成均匀的晶粒，以消除
形变强化效应和残余应力的退火工艺。
目的：
温度 再结晶温度
消除加工硬化
提高塑性
改善切削加工性能
时间
一、钢的热处理
钢的正火：
⑴ 定义：将钢加热到 AC3 或 Accm 以上 30～50℃，保温一定
时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺，称为钢的正火。
上贝氏体 （羽毛状）
500
下贝氏体 （针叶状）
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
性能上看上贝氏体的脆性较大，无实用价值；而下贝 氏体则是韧性较好的组织，是热处理时（如采用等温淬火） 常要求获得的组织。
原因：上贝氏体中的碳 化物呈较粗的片状，分
布在铁素体板条间，且
不均匀，使板条容易发 生脆废；
获得的球化效果较好，在大件和大批量生产中难以实现，
热处理1
钢在热处理冷却时的组织转变相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。
一、A冷却C曲线转变温度与转变时间之间关系的曲线。
等温冷却C曲线将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A等温转变图。
连续冷却C曲线将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却二、等相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。
一、A冷却C曲线转变温度与转变时间之间关系的曲线。
1. 等温冷却C曲线将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A等温转变图。
2.连续冷却C曲线将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却二、等温冷却C曲线过冷A等温转变图可综合反映过冷A在不同过冷度下的等温转变过程，转变开始和终了时间，转变产物类型以及转变量与温度和时间的关系等，由于等温转变图通常呈“C”形状，所以也称C曲线，另外还称TTT图，现以共析钢为例来说明TTT图的建立.1.相图的建立① 把钢材制成Φ10×1.5mm的圆片试样,分成若干组② 取一组试样,在盐炉内加热使之A化.③ 将A化后的试样快速投入 A1 以下某一温度的浴炉中进行等温转变④ 每隔一定时间取出一个试样急速淬入水中,而后将各试样取出制样,进行组织观察.当在显微镜下观察发现某一试样刚出现灰黑色产物时,所对应的等温时间就是A开始转变时间,到某一试样未有M出现时，所对应的时间为转变终了时间。
共析碳钢等温转变图（C曲线）将其余各组试样，用上述方法,分别测出不同等温条件下A转变开始和终了时间,最后将所有转变开始时间点和终了时间点标在温度、时间(对数)坐标上,并分别连接起来,即得C曲线.2. 图形分析3. 等T转变特点① 过冷到A1以下的A处于不稳定状态,但不立即转变,而要经过一段时间才开始转变,称为孕育期。
孕育期越长,过冷A越稳定,反之,则越不稳定。
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钢在热处理冷却时的组织转变
相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。
一、A冷却C曲线转变温度与转变时间之间关系的曲线。
1. 等温冷却C曲线将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A 等温转变图。
2.连续冷却C曲线将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却
二、等温冷却C曲线
过冷A等温转变图可综合反映过冷A在不同过冷度下的等温转变过程，转变开始和终了时间，转变产物类型以及转变量与温度和时间的关系等，由于等温转变图通常呈“C”形状，所以也称C曲线，另外还称TTT 图，现以共析钢为例来说明TTT图的建立.
1.相图的建立
① 把钢材制成Φ10×1.5mm的圆片试样,分成若干组
② 取一组试样,在盐炉内加热使之A化.
③ 将A化后的试样快速投入 A1 以下某一温度的浴炉中进行等温转变
④ 每隔一定时间取出一个试样急速淬入水中,而后将各试样取出制样,进行组织观察.当在显微镜下观察发现某一试样刚出现灰黑色产物时,所对应的等温时间就是A开始转变时间,到某一试样未有M出现时，所对应的时间为转变终了时间。
共析碳钢等温转变图（C曲线）
将其余各组试样，用上述方法,分别测出不同等温条件下A转变开始和终了时间,最后将所有转变开始时间点和终了时间点标在温度、时间(对数)坐标上,并分别连接起来,即得C曲线.
2. 图形分析
3. 等T转变特点
① 过冷到A1以下的A处于不稳定状态,但不立即转变,而要经过一段时间才开始转变,称为孕育期。
孕育期越长,过冷A越稳定,反之,则越不稳定。
② 鼻点:550℃ 最不稳定,转变速度最快
③ C形状原因过冷度和原子扩散为两个制约因素
在A1~ 550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较快,转变速度较快。
550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。
4. 相变特点
① 高温转变-- P转变(Ar1~ 550)
A→F+Fe3C(片层相间平行排列的机械混合物)
温度A相变层片间距HRCAr1~600℃A→P0.4mm20650℃~600℃A→S0.4~0.230600℃~550℃A→T0.240
② 中温转变—贝氏体转变( 550℃~240℃ )
A→ B (F+Fe3C),其中F具有一定过饱和度
A→ B上(550℃~350℃ ）羽毛状
Fe3C以较粗大片状分布在较宽的F片之间,易发生脆断 ,HRC=45 。
A→ B下(350℃~240℃ ）针状
强韧性好, Fe3C细小,均匀分布在过饱和F针内
③ 低温转变---- M转变(C在α--Fe中过饱和固溶体)
MS → 240℃ MS HRC= 62 ~ 65 。
5. 亚共析钢和过共析钢的TTT曲线
① 图形分析(与共析钢图形一样)
亚共析钢有先析出F线
过共析钢有先析出Fe3C线
40钢过冷,F析出受抑制,P型↑ ,所以不能用显微分析判断钢种。
6. 影响C曲线形状和位置的因素
① 碳钢 a. C%↑ 亚共析钢,C曲线右移
过共析钢,C曲线左移
共析钢,C曲线最右
C曲线位置表示A稳定性,C曲线越靠右,A越稳定。
b. C%↑，MS↓、Mf↓,C曲线下移
② 合金钢
a. A中含Co、大于2.5%的Al,C曲线左移
其它均会使C曲线右移,A稳定性升高
还有一些Me的存在会使C形状变化,如Cr、W、Mo
b. Me 存在也会影响MS、Mf点
③ 加热因素t ℃↑、τ↑, C曲线右移,A越稳定,且晶粒粗化。
三、连续冷却转变C曲线( CCT图)
1. 无B转变,因冷却速度快,无孕育期
2. 图形特点:与TTT基本一致,位置稍偏右下
3. 连续冷却A转变特点:
① 晶粒粗细不等,组织为混合组织
② 临界冷却温度:获得完全M组织的最小冷却速度,或与转变开始线相切的冷却速度。
由于生产中连续冷却曲线不易获得,所以通常将冷却速度线叠加到等温转变C曲线(TTT图)上,来大致估计冷却后获得什么组织.
以 V1冷却,相当于炉冷,转变产物为 P
以 V2冷却,相当于空冷,转变产物为 S
以 V3冷却,相当于油冷,转变产物为T+M+A´
以 V4冷却,相当于水冷,转变产物为M+A´
四、C曲线应用
1. 用来研究钢热处理后所获得的组织及机械性能,从而合理选用钢材
2. 制订合理的热处理工艺,选择等温退火,等温淬火的温度等
3. 用来估计钢的淬透性及临界冷却速度,选择适当的淬火介质
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个人认为共析钢C曲线这块儿如果多看几遍还是很好记忆的。
主要要把不同的温度对应的不同的组织分清楚，基本上就可以满足要求。
温度自高而下：A1-670℃，P；670-600℃，S；600-550℃，T；550-350℃，B上；350-240℃(Ms)，B下；240~ -50℃(Ms-Mf)，M。
各种组织可以总的分为珠光体、贝氏体、马氏体这3大类。
其中对550℃“牛鼻子处”孕育时间最短的理解需要注意时间轴，如12楼所提示的，不然你怎么看都是550℃，其对应的时间线长度都是最长的。
至于亚共析钢和过共析钢，因其稳定性均比共析钢差，所以其曲线左移，从左到右分别是亚共析钢、过共析钢、共析钢。
对于亚共析钢C曲线来说，对比共析钢C曲线，主要多考虑铁素体的转变(可以从其室温平衡组织珠光体+铁素体，相比于共析钢室温平衡组织珠光体，多了一相铁素体来考虑)。
同理，过共析钢，主要多考虑渗碳体的残余即可。
看C曲线时要注意时间，不知道大家是否已经知道。
曲线上的时间是以对数来表示的，上面标1，10，100，1000，上面的间隔是不等的，所以，上面间隔不等的线时间应该是，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，20，30，40，50，60，70，80，90，100，200，300，400.。
1000，2000s.。
椐我来看，如果C曲线的鼻尖到了30的位置，那么这种钢的淬透性就蛮好了，如果到了1000，那么这种钢可以空淬了。